Java集合框架

集合框架被设计成要满足以下几个目标。

该框架必须是高性能的。基本集合（动态数组，链表，树，哈希表）的实现也必须是高效的。
该框架允许不同类型的集合，以类似的方式工作，具有高度的互操作性。
对一个集合的扩展和适应必须是简单的。

为此，整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现，诸如：LinkedList，HashSet和TreeSet等，除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合。

从上面集合框架图可以看到，Java集合框架主要包括两种类型的容器

集合（Collection）：存储一个元素集合。Collection接口又有三种子类型。
- List
- Set
- Queue
图（Map）：存储键-值对映射。

集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容。

接口：是代表集合的抽象数据类型。例如：Collection、List、Set、Map等。之所以定义多个接口，是为了以不同的方式操作集合对象。
实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。

除了集合，该框架也定义了集合Map接口和类。Map里存储的是键-值对。尽管不是集合，但是他们完全整合在集合中。

java集合框架位于java.util包中，所以当使用集合框架的时候需要进行导包。

集合接口

序号	接口描述
1	Collection接口 Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素，Java不提供直接继承自Collection的类，只提供继承于的子接口（如List和Set）。 Collection接口存储一组不唯一，无序的对象。
2	List接口 List接口是一个有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置，能够通过索引（元素在List中位置，类似于数组的下标）来访问List中的元素，第一个元素的索引为0，而且允许有相同的元素。 List接口存储一组不唯一，有序（插入顺序）的对象。
3	Set接口 Set具有与Collection完全一样的接口，只是行为上不同，Set不保存重复的元素。 Set接口存储一组唯一，无序的对象。
4	SortedSet接口继承于Set，保存有序的集合。
5	Map接口 Map接口存储一组键值对象，提供key（键）到value（值）的映射。
6	Map.Entry接口描述在一个Map中的一个元素（键-值对）。是一个Map的内部接口。
7	SortedMap接口继承于Map，使Key保持在升序排列。
8	Enumeration接口这是一个传统的接口和定义的方法，通过它可以枚举（一次获得一个）对象集合中的元素。这个传统接口已被迭代器取代。

Set和List的区别

Set接口实例存储是无序的、不重复的数据。List接口实例存储的是有序的、可以重复的元素。
Set检索效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起位置改变。
List和数组类似，可以动态增长，根据实际存储的数据长度自动增长List的长度。查找元素效率高，插入删除效率低，因为会引起其他元素位置改变。

集合实现类（集合类）

Java提供了一套实现了Collection接口的标准集合类。其中一些是具体类，这些类可以直接拿来使用，而另外一些是抽象类，提供了接口的部分实现。

标准集合类汇总于下表：

序号	类描述
1	AbstractCollection 实现了大部分的集合接口。
2	AbstractList 继承于AbstractCollection并且实现了大部分List接口。
3	AbstractSequentialList 继承于AbstractList，提供了对数据元素的链式访问而不是随机访问。
4	LinkedList 该类实现了List接口，允许有null（空）元素。主要用于创建链表数据结构，该类没有同步方法，如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步，解决方法就是在创建List时候构造一个同步的List。例如：`List list = Collection.synchronizedList(newLinkedList(...));` LinkedList查找效率低。
5	ArrayList 该类也实现了List接口，实现了可变大小的数组，随机访问和遍历元素时，提供更好的性能。该类也是非同步的，在多线程的情况下不要使用。ArrayList增长当前长度的50%，插入删除效率低。
6	AbstractSet 继承于AbstractCollection并且实现了大部分Set接口。
7	HashSet 该类实现了Set接口，不允许出现重复元素，不保证集合中元素的顺序，允许包含值为null的元素，但最多只能一个。
8	LinkedHashSet 具有可预知迭代顺序的Set接口的哈希表和链接列表实现。
9	TreeSet 该类实现了Set接口，可以实现排序等功能。
10	AbstractMap 实现了大部分的Map接口。
11	HashMap HashMap是一个散列表，它存储的内容是键值对（key-value）映射。该类实现了Map接口，根据键的HashCode值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为null，不支持线程同步。
12	TreeMap 继承了AbstractMap，并且使用一棵树。
13	WeakHashMap 继承AbstractMap类，使用弱秘钥的哈希表。
14	LinkedHashMap 继承于HashMap，使用元素的自然顺序对元素进行排序。
15	IdentityHashMap 继承AbstractMap类，比较文档时使用引用相等。

java.util包中定义的类，如下所示：

序号	类描述
1	Vector 该类和ArrayList非常相似，但是该类是同步的，可以用在多线程的情况，该类允许设置默认的增长长度，默认扩容方式为原来的2倍。
2	Stack 栈是Vector的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的栈。
3	Dictionary Dictionary类是一个抽象类，用来存储键-值对，作用和Map类相似。
4	Hashtable Hashtable是Dictionary（字典）类的子类，位于java.util包中。
5	Properties Properties继承于Hashtable，表示一个持久的属性集，属性列表中每个键及其对应的值都是一个字符串。
6	BitSet 一个BitSet类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随需要增加。

集合算法

集合框架定义了几种算法，可用于集合和映射。这些算法被定义为集合类的静态方法。

在尝试比较不兼容的类型时，一些方法能够抛出ClassCastException异常。当试图修改一个不可修改的集合时，抛出UnsupportedOperationException异常。

集合定义三个静态的变量：EMPTY_SET，EMPTY_LIST，EMPTY_MAP。这些变量都不可改变。

序号	算法描述
1	Collection Algorithms 这里是一个列表中的所有算法实现。

如何使用迭代器

通常情况下，你会希望遍历一个集合中的元素。例如，显示集合中的每个元素。

一般遍历数组都是采用for循环或者增强for循环，这两个方法也可以用在集合框架，但是还有一种方法是采用迭代器遍历集合框架，它是一个对象，实现了Iterator接口或ListIterator接口。

迭代器，能够通过循环来得到或删除集合的元素。ListIterator继承了Iterator，以允许双向遍历列表和修改元素。

序号	迭代器方法描述
1	使用Java Iterator 这里通过实例列出Iterator和ListIterator接口提供的所有方法。

遍历ArrayList

import java.util.*;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("Hello");
        list.add("World");
        list.add("hahahaha");

        //第一种遍历方法使用for-each遍历List
        for(String str : list){
            System.out.println(str);
        }

        //第二种遍历，把链表变为数组相关的内容进行遍历
        String[] strArray = new String[list.size()];
        list.toArray(strArray); //将list变为String数组
        for (int i = 0; i < strArray.length; i++){
            System.out.println(strArray[i]);
        }

        //第三种遍历，使用迭代器进行相关遍历
        Iterator<String> iter = list.iterator(); //将list的迭代器赋给iter
        while(iter.hasNext()){//判断下一个元素之后有值
            System.out.println(iter.next());
        }
    }
}

解析：三种方法都是采用遍历ArrayList集合，第三种方法是采用迭代器的方法，该方法可以不用担心在遍历的过程中会超出集合的长度。

遍历Map

import java.util.*;

public class Map_IteratorTest {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
        map.put("1", "value1");
        map.put("2", "value2");
        map.put("3", "value3");

        //第一种：普遍使用，二次取值
        System.out.println("通过Map.KeySet遍历key和value：");
        for(String key : map.keySet()){
            System.out.println("key = " + key + " and value = " + map.get(key));
        }

        //第二种：
        System.out.println("通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value");
        Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
        while(it.hasNext()){
            Map.Entry<String, String> entry = it.next();
            System.out.println("key = " + entry.getKey() + " and value = " + entry.getValue());
        }

        //第三种：推荐，尤其是容量大时
        System.out.println("通过Map.entrySet遍历key和value");
        for(Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()){
            System.out.println("key = " + entry.getKey() + " and value = " + entry.getValue());
        }

        //第四种
        System.out.println("通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key");
        for (String v : map.values()){
            System.out.println("value = " + v);
        }
    }
}

如果使用比较器

TreeSet和TreeMap的按照排序顺序来存储元素，然而，这是通过比较器来精确定义按照什么样的排序顺序。

这个接口可以让我们以不同的方式来排序一个集合。

序号	比较器方法描述
1	使用Java Comparator 这里通过实例列出Comparator接口提供的所有方法

总结

Java集合框架为程序员提供了预先包装的数据结构和算法来操作它们。

集合是一个对象，可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。

集合框架的类和接口均在java.util包中。

任何对象加入集合类后，自动转变为Object类型，所以在取出的是否，需要进行强制类型转换。